專利名稱：一種用于紫銅厚板不預熱tig焊接的方法
技術領域：
本發明涉及的是一種焊接方法，具體地說是一種紫銅厚板的焊接方法。
背景技術：
銅及銅合金廣泛地應用在電力、石油、化工、機械、國防工業、輕工業、農業等部門，它的用途僅次于鋼鐵和鋁。由于紫銅導熱系數很高，為391W/mK，是鋁的1.5倍，焊接過程中熱量迅速從焊接區散出。特別是對紫銅厚板進行焊接時，不但熔池形成困難，而且在焊縫冷卻結晶過程中易出現熱裂紋。在對紫銅的熔化焊(如氣焊、手弧焊、TIG焊、MIG焊、電子束焊等)、釬焊(火焰釬焊、TIG釬焊等)等方法的研究發現，紫銅的焊接仍存在一些問題，如火焰釬焊在工廠較常用。工藝上焊接區域要采用較高的溫度(650-750℃)均勻加熱焊接，加熱時間長。而且還要保證焊接過程的連續進行。缺點是焊接溫度高、工人的工作條件十分惡劣、手工操作時加熱溫度較難掌握、焊接需要多人同時作業、對工人的技術要求高；輸入的熱容量大、焊接熱影響區較大、組織與性能變化較大；采用焊劑，需要焊后清洗，接頭強度較低。
火焰熔焊比較適于薄銅件、銅件的修補或不重要結構的焊接。在對厚壁紫銅件焊接中存在許多問題(1)預熱溫度高(600-700℃)，且焊接過程應連續進行。加熱時間長，輸入的熱容量大，焊接熱影響區較大、，組織及性能變化較大、工人的工作條件十分惡劣。(2)氣焊的保護效果不好。空氣中的還原性氣氛侵入焊縫，銅中氧化物被還原。形成1066℃的低熔點共晶體(Cu+Cu2O)分布于晶界，增加了熱裂紋的傾向。(3)焊縫成型差、易變形、易出現氣孔、未熔合、裂紋等缺陷。
手工電弧焊是熔焊中最常用的一種焊接方法。具有操作簡單、靈活等優點。但在紫銅焊接中的主要問題是預熱溫度高，焊接質量差。具體問題如下(1)焊接工藝復雜焊前預熱(500-600℃)溫度高，并且要保證焊接過程的連續進行。這樣焊接區域高溫停留時間長，輸入熱容量大，工人的工作條件十分惡劣。同時熱影響區范圍大、組織及接頭性能變化較大。(2)合金元素蒸發嚴重焊縫含氫、氧量高，鋅蒸發嚴重、容易出現氣孔、裂紋等缺陷。(3)焊接質量不穩定，焊縫成型差，接頭強度低。
MIG焊MIG焊具有適應范圍廣，生產效率高，焊接變形小，焊接過程易于實現自動化等優點。是焊接中、厚壁紫銅的理想方法。但必須預熱600～700℃，對氧元素很敏感，在焊接脫氧不足的銅時，焊縫的裂紋和氣孔較多，且強度較低。同時對薄板焊接指導性不強，在焊接薄板時熔池的穩定性差，容易出現熔池過熱、下塌等焊接質量問題。
電子束焊接電子束焊接具有能量密度和穿透能力很強，具有不需要預熱，不加填充焊絲，冷速快、晶粒細、熱影響區小等特點。因此對厚壁紫銅作穿透性焊接有很大的優越性。但同樣會出現許多問題如厚壁紫銅焊接時由于電子束沖擊發生熔化金屬的飛濺，導致焊縫成形變壞。尤其是在厚壁紫銅管焊接時，由于其能量密度特別大。試件極容易燒穿，銅水流淌，不能形成焊縫。電子束焊接設備昂貴，焊接要求在真空中進行，工作環境受真空室大小限制。
TIG釬焊TIG釬焊是一種比較具有發展前景的不預熱焊接方法。TIG焊具有熱量集中、加熱升溫速度快、氬氣可對近縫區有一定的冷卻作用及TIG釬焊所特有的”陰極霧化”現象，能破碎和清潔釬縫表面的氧化膜等特性。為保證良好的釬焊接頭(即母材不熔化)，電弧TIG釬焊要求采用較低的熱輸入，故焊接過程中應采用較小的焊接電流。綜上所述TIG釬焊具有高效節能、釬焊接頭在高溫停留時間短、熱影響區較窄、組織與性能變化較小、不用釬劑，無釬劑腐蝕作用、不需要焊后清洗、釬縫成形美觀、速度快等優點。但其接頭強度低、焊縫硬度高、塑性、韌性差。
TIG熔焊(1)氬氣保護。比較適于薄銅件的焊接。在對紫銅厚板的焊接中存在許多問題①預熱溫度高，通常需要預熱至600-700℃才能達到較好的焊接效果。②厚板的焊接一般都得采用多道焊，焊接過程應連續進行。這樣導致加熱時間長，輸入的熱容量大，焊接熱影響區較大，同時對母材組織及性能也有一定影響。③焊縫成形差，易出現熱裂紋，焊件表面氧化嚴重，焊接接頭變形較大。④由于焊接工程必須在高溫下持續進行，使得工人的工作條件十分惡劣，生產效率低。(2)氦氣保護氦氣保護時的電弧功率較高，對厚板焊接時預熱至300℃就可以達到較好的焊接效果。但是由于氦氣價格昂貴，1800元/瓶，約為氬氣的24倍，所以使用氦氣保護時焊接成本很高，不利于在生產中推廣。(3)氮氣保護因為氮和銅之間不形成固溶體及化合物，所以從理論上來講，氮氣保護是可以用來焊接紫銅的。氮氣保護時，電弧的功率很高，在不預熱時，就可以焊接紫銅。但是從目前的焊接試驗來看，氮氣保護時，焊縫中出現大量的氣孔和裂紋，使得焊接接頭的強度很低。所以氮氣保護的問題有待于進一步研究。
發明內容本發明的目的在于提供一種可以解決焊接紫銅厚板時需要預熱和焊縫易出現氣孔和裂紋問題的用于紫銅厚板不預熱TIG焊接的方法。
本發明的目的是這樣實現的將Ti或Ti合金預置于焊接坡口內，坡口內熔敷金屬按質量百分比銅占66～99％、鈦或鈦合金占1～34％；采用氬氮混合氣體保護，普通氮氣比例50～85％，高純氮氣比例20～85％；采用TIG焊接；焊接時焊槍采用左右擺動前進的焊接方式進行。
本發明還可以包括這樣一些特征1、所述的將鈦或鈦合金預置于焊接坡口處是將鈦或鈦合金剪切成條形預置于焊接坡口內。
2、所述的將鈦或鈦合金預置于焊接坡口處是將鈦及鈦合金板貼置于坡口內。
3、所述的將鈦或鈦合金預置于焊接坡口處是將鈦或鈦合金噴涂一定厚度于焊接坡口內。
4、所述的將鈦或鈦合金預置于焊接坡口處是將鈦或鈦合金鑲嵌于坡口內，嵌裝的鈦或鈦合金為一條或幾條。
5、所述的鈦合金是TA1、TA2、TA3、TA4、TC2、TC3或TiC4中的任何一種。
本發明是在氬氣保護TIG焊與氮氣保護TIG焊的基礎上發展起來的，在氬氮混合氣體保護下實現紫銅厚板的不預熱焊接。本發明解決了焊接紫銅厚板時需要預熱和焊縫易出現氣孔和裂紋的問題。本發明在氮氣混合氣體保護的過程中氮被鈦吸收，所以避免了氮氣在焊接中形成氣孔的問題。因為氮和銅之間不形成固溶體及化合物，而氮氣保護時，電弧的功率很高，所以在不預熱的情況下采用氮氣保護可完成對紫銅厚板的焊接，氮氣中加入適量的氬氣混合是為了解決氮氣電弧在高功率時不穩定的問題。本發明的焊接方法在焊接紫銅厚板時不需要預熱，同時消除了焊縫的氣孔和裂紋，它還具有操作簡單、節能、高效、成本低(氮氣價格低廉，35元/瓶，約為氦氣的1/50，氬氣的1/2)的特點，有利于在工業生產中推廣。
應用本方法焊接厚板紫銅材料能達到的性能指標為接頭拉伸強度≥80％延伸率≥7％焊接速度1～3mm/s
圖1焊縫底部預置鈦合金條的結構示意圖；圖2預置鈦合金涂層的結構示意3是焊接坡口預置幾個鈦合金條的結構示意圖；圖4是焊接方式示意圖。
具體實施方式
下面舉例對本發明作更詳細的描述1、將Ti或Ti合金2預置于焊接件1的焊接坡口內，坡口內熔敷金屬按質量百分比銅占66～99％、鈦或鈦合金占1～34％；采用氬氮混合氣體保護，普通氮氣比例50～85％，高純氮氣比例20～85％；采用TIG焊接技術進行焊接，焊接時焊槍4采用左右擺動前進的焊接方式進行，圖4中3為焊絲。將Ti或Ti合金預置于焊接坡口內的方法可以是以下四種方法中的任何一種1、將鈦或鈦合金剪切成條形預置于焊接坡口內；2、將鈦及鈦合金板貼置于坡口內；3、將鈦或鈦合金噴涂一定厚度于焊接坡口內；4、將鈦或鈦合金鑲嵌于坡口內，嵌裝的鈦或鈦合金為一條或幾條。所述的鈦合金是TA1、TA2、TA3、TA4、TC2、TC3或TiC4中的任何一種。
2、將Ti或Ti合金預置于焊接坡口內，坡口內熔敷金屬按質量百分比銅占80～90％、鈦或鈦合金占10～20％；采用氬氮混合氣體保護，普通氮氣比例60～70％，高純氮氣比例40～70％；采用TIG焊接技術進行焊接，焊接時焊槍采用左右擺動前進的焊接方式進行。將Ti或Ti合金預置于焊接坡口內的方法可以是以下四種方法中的任何一種1、將鈦或鈦合金剪切成條形預置于焊接坡口內；2、將鈦及鈦合金板貼置于坡口內；3、將鈦或鈦合金噴涂一定厚度于焊接坡口內；4、將鈦或鈦合金鑲嵌于坡口內，嵌裝的鈦或鈦合金為一條或幾條。所述的鈦合金是TA1、TA2、TA3、TA4、TC2、TC3或TiC4中的任何一種。
3、將Ti或Ti合金預置于焊接坡口內，坡口內熔敷金屬按質量百分比銅占80％、鈦或鈦合金占20％；采用氬氮混合氣體保護，普通氮氣比例65％，高純氮氣比例65％；采用TIG焊接技術進行焊接，焊接時焊槍采用左右擺動前進的焊接方式進行。將Ti或Ti合金預置于焊接坡口內的方法可以是以下四種方法中的任何一種1、將鈦或鈦合金剪切成條形預置于焊接坡口內；2、將鈦及鈦合金板貼置于坡口內；3、將鈦或鈦合金噴涂一定厚度于焊接坡口內；4、將鈦或鈦合金鑲嵌于坡口內，嵌裝的鈦或鈦合金為一條或幾條。所述的鈦合金是TA1、TA2、TA3、TA4、TC2、TC3或TiC4中的任何一種。
權利要求
1.一種用于紫銅厚板不預熱TIG焊接的方法，其特征是將Ti或Ti合金預置于焊接坡口內，坡口內熔敷金屬按質量百分比銅占66～99％、鈦或鈦合金占1～34％；采用氬氮混合氣體保護，普通氮氣比例50～85％，高純氮氣比例20～85％；采用TIG焊接；焊接時焊槍采用左右擺動前進的焊接方式進行。
2.根據權利要求1所述的一種用于紫銅厚板不預熱TIG焊接的方法，其特征是所述的將鈦或鈦合金預置于焊接坡口處是將鈦或鈦合金剪切成條形預置于焊接坡口內。
3.根據權利要求1所述的一種用于紫銅厚板不預熱TIG焊接的方法，其特征是所述的將鈦或鈦合金預置于焊接坡口處是將鈦及鈦合金板貼置于坡口內。
4.根據權利要求1所述的一種用于紫銅厚板不預熱TIG焊接的方法，其特征是所述的將鈦或鈦合金預置于焊接坡口處是將鈦或鈦合金噴涂一定厚度于焊接坡口內。
5.根據權利要求1所述的一種用于紫銅厚板不預熱TIG焊接的方法，其特征是所述的將鈦或鈦合金預置于焊接坡口處是將鈦或鈦合金鑲嵌于坡口內，嵌裝的鈦或鈦合金為一條或幾條。
6.根據權利要求1-5任何一項所述的一種用于紫銅厚板不預熱TIG焊接的方法，其特征是所述的鈦合金是TA1、TA2、TA3、TA4、TC2、TC3或TiC4中的任何一種。
全文摘要
本發明提供的是一種用于紫銅厚板不預熱TIG焊接的方法。將Ti或Ti合金預置于焊接坡口內坡口內，熔敷金屬按質量百分比銅占66～99％、鈦或鈦合金占1～34％；采用氬氮混合氣體保護，普通氮氣比例50～85％，高純氮氣比例20～85％；采用TIG焊接；焊接時焊槍采用左右擺動前進的焊接方式進行。本發明的焊接方法在焊接紫銅厚板時不需要預熱，同時消除了焊縫的氣孔和裂紋，它還具有操作簡單、節能、高效、成本低的特點，有利于在工業生產中推廣。
文檔編號B23K9/235GK1857846SQ20061001009
公開日2006年11月8日 申請日期2006年5月31日 優先權日2006年5月31日
發明者李光民, 韓仁通, 閆久春, 劉殿寶, 于漢臣, 陳力, 李春峰 申請人:渤海船舶重工有限責任公司